一种基于循环肿瘤细胞的扫描方法及装置

1.本发明涉及细胞荧光显微成像检测领域，特别是涉及一种基于循环肿瘤细胞的扫描方法及装置。


背景技术：

2.循环肿瘤细胞的检测样本来源为外周血，然后将循环肿瘤细胞进行富集，制作成切片。之前医生都是人工通过荧光显微镜进行观察，需要手动切换荧光通道，这种检测技术会存在医生主观判断因素，而且还需要多人进行确认，因此效率偏低，可能存在误判漏判的情况。目前对富集后的循环肿瘤细胞进行荧光显微成像检测的方式是目前ctcs(循环肿瘤细胞)检测最常用与优选的方式。
3.现阶段的循环肿瘤细胞荧光显微成像检测采用的边对焦边扫描的方式，每一个视野都需要对焦然后扫描，小物镜对焦，大物镜扫描，每换一个视野都进行物镜切换。这样增加扫描时间，整张切片扫描时间会变慢。并且市面上小通量扫描仪会分为载物台以及玻片仓两部分，玻片进行扫描时，通常会利用多种方式将玻片从玻片仓移至载物台，这样会产生玻片移动时间以及会增加整台仪器的空间。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决节省扫描时间和仪器空间的问题，提供一种基于循环肿瘤细胞的扫描方法及装置。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种基于循环肿瘤细胞的扫描方法，包括如下步骤：
7.s1、使用10倍物镜并分别通过红色荧光通道和蓝色荧光通道对玻片上的血液样品进行预扫描，分别获得各荧光通道采集的图像；
8.s2、通过将步骤s1中两个荧光通道采集的图像进行对比，预筛出有细胞核无细胞膜的疑似细胞，并形成特定标记点；
9.s3、使用40倍物镜并分别通过红色荧光通道、蓝色荧光通道、橙色荧光通道和绿色荧光通道对预筛出的疑似细胞进行对焦扫描，分别获得各荧光通道采集的图像；
10.s4、根据红色和蓝色荧光通道采集的图像进一步确定出有细胞核无细胞膜的疑似细胞，然后根据橙色和绿色荧光通道采集的信号点数量，从中找出肿瘤细胞。
11.在一些实施例中，步骤s1中，先控制所述10倍物镜进行蓝色荧光通道对焦，然后拟合对焦曲面，再控制所述10倍物镜根据拟合的对焦曲面进行红色荧光通道和蓝色荧光通道扫描。
12.在一些实施例中，各荧光通道并排地集成在一起，步骤s1和s3中，通过运动机构将需要使用的相应通道移动到物镜与场镜之间，来实现通道的切换。
13.本发明还提供了一种基于循环肿瘤细胞的扫描装置，用于实施上述的基于循环肿瘤细胞的扫描方法，所述扫描装置包括光源、荧光显微模块、玻片装载运动模块以及图像采
集模块，所述荧光显微成像模块包括10倍物镜、40倍物镜和通道模块，所述通道模块包括红色荧光通道、蓝色荧光通道、橙色荧光通道和绿色荧光通道，各通道分别对所述光源发射的光进行过滤得到相应颜色的激发光，所述激发光照射在样品产生的荧光经过物镜和相应颜色的荧光通道后由所述图像采集模块采集，所述玻片装载运动模块用于装载和移动玻片以配合所述荧光显微模块进行样品扫描。
14.在一些实施例中，所述红色荧光通道、所述蓝色荧光通道、所述橙色荧光通道和所述绿色荧光通道并排集成在一起，所述通道模块还包括运动机构，所述运动机构将需要使用的相应通道移动到物镜与场镜之间，来实现通道的切换。
15.在一些实施例中，还包括平移台组件，所述玻片装载运动模块设置在所述平移台组件上，由所述平移台组件驱动平移。
16.在一些实施例中，所述玻片装载运动模块包括旋转机构、圆盘和用于承载玻片的多个玻片仓，所述多个玻片仓设置在所述圆盘上，所述旋转机构用于驱动所述圆盘旋转，以调整所述玻片仓上的待扫描玻片与所述荧光显微模块对准。
17.在一些实施例中，所述玻片仓的靠近所述圆盘中心的前端沿水平方向设置有圆柱形的卡杆，所述圆盘上的对应位置设置有用于可拆卸地卡住所述卡杆的卡槽，所述玻片仓的背部设置有铁块/磁铁，所述圆盘上的对应位置设置有用于与铁块/磁铁磁吸配合的磁铁/铁块。
18.在一些实施例中，所述玻片仓的一端设置有弹簧压缩机构，玻片通过所述弹簧压缩机构压紧固定在所述玻片仓上，所述弹簧压缩机构的侧部设置有第一定位块，所述第一定位块上设置有第一定位凸条，所述玻片仓的另一端设置有第二定位块，所述第二定位块上设置有第二定位凸条，所述第一定位块与所述第一定位凸条之间以及所述第二定位块与所述第二定位凸条之间分别对玻片的角部形成90度角的定位。
19.在一些实施例中，两个所述弹簧压缩机构分别设置在第一定位块的两侧，所述第一定位凸条设置在所述第一定位块的中部，所述第二定位凸条设置在所述第二定位块的中部，两个玻片分别定位在所述第一定位凸条和所述第二定位凸条的两侧，并分别由两个所述弹簧压缩机构压紧。
20.本发明具有如下有益效果：
21.本发明的方法通过先使用10倍物镜并分别通过红色和蓝色荧光通道预筛出有细胞核无细胞膜的疑似细胞，并形成特定标记点，再使用40倍物镜对预筛出的疑似细胞进行对焦扫描，根据红色、蓝色、橙色和绿色荧光通道采集的图像找出肿瘤细胞，不仅提升了循环肿瘤细胞的识别正确率，而且减少了整张玻片的扫描时间，在提高准确性的同时也节省了时间及人工成本。本发明中上述低倍物镜先预筛疑似细胞、高倍物镜再对疑似细胞由多个荧光通道进行对焦扫描的筛查识别方法，以较少的物镜切换实现了高效、准确的肿瘤细胞筛查。使用本发明的基于循环肿瘤细胞的扫描装置，切换荧光通道时，只需要驱动对应的荧光通道进行移动，结构简单，降低了成本。
22.在优选的方案中，本发明扫描装置的各种颜色的荧光通道并排地集成在一起，由运动机构将需要使用的相应通道移动到物镜与场镜之间来实现通道的切换，与以往的荧光显微镜圆形通道模块相比较，由于通道并排设置且可共用支撑结构，这样结构上更紧凑，能够有效地节省空间。
23.在优选的方案中，本发明扫描装置的玻片装载运动模块将载物台与玻片仓的功能融为一体，可同时承载多个玻片完成扫描，不仅减少了玻片从玻片仓移动到载物台的时间，也节省了仪器的空间。
24.在优选的方案中，玻片仓与圆盘之间以中部磁吸结构和端部卡槽结构的双重可拆卸式装配结构，既便于取放玻片仓又有利于其稳固安装。玻片仓上针对玻片的定位结构设计不仅方便玻片的取放和定位，而且当多次玻片扫描时能够方便地从不同图像定位到同一位置，有效地减小了误差。
附图说明
25.图1是本发明实施例中基于循环肿瘤细胞的扫描方法的流程图；
26.图2是本发明实施例中基于循环肿瘤细胞的扫描装置的立体图；
27.图3是本发明实施例中基于循环肿瘤细胞的扫描装置的正视图；
28.图4是本发明实施例中基于循环肿瘤细胞的扫描装置的左视图；
29.图5是本发明实施例中基于循环肿瘤细胞的扫描装置的俯视图；
30.图6是本发明实施例中基于循环肿瘤细胞的扫描装置的线条图；
31.图7是本发明实施例中玻片仓的立体图；
32.图8是本发明实施例中玻片仓的俯视图；
33.图9是本发明实施例中圆盘的立体图；
34.图10是本发明实施例中玻片仓安装在圆盘的立体图；
35.图11是本发明实施例中装有一个玻片仓的圆盘安装在基于循环肿瘤细胞的扫描装置的立体图；
36.图12是本发明实施例中装有六个玻片仓的圆盘安装在基于循环肿瘤细胞的扫描装置的立体图；
37.附图标记如下：
38.1-光源，2-荧光显微模块，21-物镜，22-通道模块，221-荧光通道，222-运动机构，23-目镜，3-玻片装载运动模块，31-玻片仓，311-弹簧压缩机构，3111-第一定位块，31111-第一定位凸条，3112-第二定位块，31121-第二定位凸条，312-玻片，313-卡杆，32-圆盘，321-卡槽，33-旋转机构，4-图像采集模块，41-扫描相机，42-定位组，5-平移台组件，6-水平调整组件，7-控制组件，8-电源组件。
具体实施方式
39.下面对照附图并结合优选的实施方式对本发明作进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.需要说明的是，本实施例中的左、右、上、下、顶、底等方位用语，仅是互为相对概念，或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。
41.对本发明实施例的概述如下：
42.如图1所示，本发明实施例提供了一种基于循环肿瘤细胞的扫描方法，包括如下步骤：
43.s1、使用10倍物镜21并分别通过红色荧光通道221和蓝色荧光通道221对玻片312
上的血液样品进行预扫描，分别获得各荧光通道221采集的图像；
44.s2、通过将步骤s1中两个荧光通道221采集的图像进行对比，预筛出有细胞核无细胞膜的疑似细胞，并形成特定标记点；
45.s3、使用40倍物镜21并分别通过红色荧光通道221、蓝色荧光通道221、橙色荧光通道221和绿色荧光通道221对预筛出的疑似细胞进行对焦扫描，分别获得各荧光通道221采集的图像；
46.s4、根据红色和蓝色荧光通道221采集的图像进一步确定出有细胞核无细胞膜的疑似细胞，然后根据橙色和绿色荧光通道221采集的信号点数量，从中找出肿瘤细胞。
47.具体地，步骤s1中，先控制10倍物镜21进行蓝色荧光通道221对焦，然后拟合对焦曲面，再控制10倍物镜21根据拟合的对焦曲面进行红色荧光通道221和蓝色荧光通道扫描221。
48.具体地，各荧光通道221并排地集成在一起，步骤s1和s3中，通过运动机构222将需要使用的相应通道221移动到物镜21与场镜之间，来实现通道221的切换。
49.如图2-6所示，本发明实施例还提供了一种基于循环肿瘤细胞的扫描装置，用于实施上述的基于循环肿瘤细胞的扫描方法，扫描装置包括光源1、荧光显微模块2、玻片装载运动模块3以及图像采集模块4，荧光显微成像模块2包括10倍物镜21、40倍物镜21和通道模块22，通道模块22包括红色荧光通道221、蓝色荧光通道221、橙色荧光通道221和绿色荧光通道221，各通道221分别对光源1发射的光进行过滤得到相应颜色的激发光，激发光照射在样品产生的荧光经过物镜21和相应颜色的荧光通道221后由图像采集模块4采集，玻片装载运动模块3用于装载和移动玻片312以配合荧光显微模块2进行样品扫描。
50.具体地，红色荧光通道221、蓝色荧光通道221、橙色荧光通道221和绿色荧光通道221并排集成在一起，通道模块22还包括运动机构222，运动机构222将需要使用的相应通道221移动到物镜21与场镜之间，来实现通道221的切换。
51.具体地，还包括平移台组件5，玻片装载运动模块3设置在平移台组件5上，由平移台组件5驱动平移。
52.如图7-12所示，具体地，玻片装载运动模块3包括旋转机构33、圆盘32和用于承载玻片312的多个玻片仓31，多个玻片仓31设置在圆盘32上，旋转机构33用于驱动圆盘32旋转，以调整玻片仓31上的待扫描玻片312与荧光显微模块2对准。
53.进一步地，玻片仓31的靠近圆盘32中心的前端沿水平方向设置有圆柱形的卡杆313，圆盘32上的对应位置设置有用于可拆卸地卡住卡杆313的卡槽321，玻片仓31的背部设置有铁块/磁铁，圆盘32上的对应位置设置有用于与铁块/磁铁磁吸配合的磁铁/铁块。
54.更进一步地，玻片仓31的一端设置有弹簧压缩机构311，玻片312通过弹簧压缩机构311压紧固定在玻片仓31上，弹簧压缩机构311的侧部设置有第一定位块3111，第一定位块3111上设置有第一定位凸条31111，玻片仓31的另一端设置有第二定位块3112，第二定位块3112上设置有第二定位凸条31121，第一定位块3111与第一定位凸条31111之间以及第二定位块3112与第二定位凸条31121之间分别对玻片312的角部形成90度角的定位。
55.更进一步地，两个弹簧压缩机构311分别设置在第一定位块3111的两侧，第一定位凸条31111设置在第一定位块3111的中部，第二定位凸条31121设置在第二定位块3112的中部，两个玻片312分别定位在第一定位凸条31111和第二定位凸条31121的两侧，并分别由两
个弹簧压缩机构311压紧。
56.实施例：
57.本发明实施例提供了基于自主创新研发的扫描平台上提供一种循环肿瘤细胞检测的方法，对荧光切片进行对焦扫描，可以根据切片标记的范围进行定位，也可以自定义选择范围进行整张玻片的定位。
58.本发明实施例提供的循环肿瘤细胞检测方法，首先是在10倍镜下两通道(红色通道，蓝色通道)进行预筛。然后筛查出疑似细胞后再进行四通道(蓝、红、橙、绿4个通道)采集分析，具体步骤如下：
59.如图1所示，首先将富集后的血液样品制成玻片，放置在玻片装载运动模块上，首先控制10倍物镜进行蓝色通道对焦，然后拟合对焦曲面，采用拟合对焦曲面是因为玻片的样品表面实际不是一个平面，根据蓝色通道下的对焦点，将整个玻片的对焦高度拟合出来，根据拟合出来的曲面进行扫描。
60.之后再控制10倍根据拟合的对焦曲面进行红色通道和蓝色通道扫描，扫描完成后，判断同一张玻片两个通道进行对比进行自动分析，筛查出疑似细胞。10倍扫描是蓝色通道(dapi蓝色)拍摄的是细胞核，红色通道拍摄的是细胞膜，然后两个通道的图像进行对比，有细胞核无细胞膜的细胞是疑似细胞，其中疑似细胞由特定的荧光素结合特异性蛋白或者标记物的表达，比如dapi荧光素4',6-二脒基-2-苯基吲哚是一种能够与dna(细胞核内物质)强力结合的荧光素，在紫外光下激发出蓝色荧光，所以细胞核对应蓝色。细胞膜对应红色也是同理，并形成特定标记点。
61.10倍扫描完成后，将疑似细胞，进行40倍物镜4个通道进行对焦扫描，蓝红通道判断再次判断有细胞核无细胞膜的细胞，然后再判断橙绿通道的信号点的数量，确认出疑似细胞，确认疑似细胞采用信号点-利用探针技术对细胞核、染色体上、着丝粒部分的一段序列dna做匹配染色；不同型号的探针中的荧光对应激发光发射光不一样，对应通道不一样，查的癌种类也不一样。
62.最后可将得到的疑似细胞进行分析出具报告，也可在软件上提供复审，对疑似细胞存疑时，医生可以打开图像，选择疑似细胞，就可以控制扫描系统到达细胞位置，在电脑上就可以直接看到当前细胞形态。将分析的结果出具报告辅助医生做出诊断。
63.在本发明实施例中，低倍物镜先预筛，高倍物镜再进行疑似细胞进行筛查(10倍预扫描，40倍对特定标记点进行扫描，此外还可设置20倍物镜)，减少了物镜切换；切换通道时，只需要驱动对应的通道移动到场镜跟物镜之间。
64.如图2-6所示，本发明实施例提供的一种基于循环肿瘤细胞的扫描装置包括荧光显微成像模块2、玻片装载运动模块3。其中荧光显微成像模块2包括物镜21、通道模块22、激发光模块1(荧光光源组)、图像采集模块4，其中物镜21可以对焦扫描被测玻片样本区，通道模块22采用的是矩形方式，即将四个通道并排集成起来形成一个并排的整体，将4种荧光通道221集成起来，本发明实施例中还有两个备用荧光通道221，可以根据需求拓展应用功能。其中激发光模块1用于根据需求能够发出多种颜色的光，图像采集模块4用于相机拍摄图片。
65.本发明实施例中的通道模块22与正常荧光显微镜圆形通道模块相比较，由于并排共用支撑结构，结构会更紧凑，能够节省空间。
66.本发明实施例中的玻片装载运动模块3融合了玻片仓31与载物台的特点，可以一次性放置12张玻片312，其中一个玻片仓31可以放置2张玻片312，载物台上方是圆盘32，圆盘32可以放置6个玻片仓31，并且能够进行12张玻片312的连续扫描。减少了玻片312从玻片仓31移动到载物台的时间。也节省了空间。
67.本发明实施例中玻片装载运动模块3将载物台与玻片仓31融为一体，载物台上方是圆盘32，圆盘32按照60度划分为6个区域，每个区域都有一个磁铁和一个能嵌入一个小型圆柱形物体的卡槽321嵌在上面，配合卡槽321和磁铁设计了6个玻片仓31，玻片仓31呈长6边形卡，玻片仓31前端有一个可被卡槽321卡住的圆柱形卡杆313，玻片仓31后端置两个弹簧压缩机构311，每个6个玻片仓31可分别放置两张玻片312，整个玻片装载运动装置3可以放置12张玻片312。
68.两个弹簧压缩机构311之间有一个定位块3111，为第一定位块3111，第一定位块3111上设置有第一定位凸条31111，两个弹簧对面位置中间也有一个突起的长方形，为第二定位块3112，且与定位块的宽度是一样的，也是用于规整玻片放置位置的，第二定位块3112上设置有第二定位凸条31121，第一定位块3111与第一定位凸条31111之间以及第二定位块3112与第二定位凸条31121之间分别对玻片312的角部形成90度角的定位。
69.两个弹簧压缩机构311分别设置在第一定位块3111的两侧，第一定位凸条31111设置在第一定位块3111的中部，第二定位凸条31121设置在第二定位块3112的中部，两个玻片312分别定位在第一定位凸条31111和第二定位凸条31121的两侧，并分别由两个弹簧压缩机构311压紧。
70.放置玻片312时，玻片312需贴紧第一定位块3111和第二定位块3112，这样可以固定玻片312的位置，当玻片312扫描完被取出后，重新扫描另一玻片312上同一个地方的图片时，可以直接按照上一张图片的位置进行选择，不会有误差。
71.玻片仓31的背部有适配于磁铁的铁块。玻片仓31可以通过铁块吸住磁铁，并将圆柱形卡杆313卡在圆盘32上的卡槽321内，这样就可以将玻片仓31固定在圆盘32上，不会发生错位的问题。
72.圆盘32下方有一圆柱形涡轮，为旋转机构33，当此玻片装载运动装置3放置于玻片扫描仪中，可以利用步进电机通过联轴器驱动蜗杆带动涡轮动作，进行玻片装载装置呈顺时针旋转，切换扫描的玻片312。
73.本发明实施例中的荧光显微模块2还包括目镜23，用于人眼对玻片内样品进行观察，与相机切换使用，用于人工复核样品。
74.本发明实施例中的图像采集模块4还包括：扫描相机41和定位组42，其中扫描相机41用于对物镜的聚焦成像做可视化处理。定位组42主要对样品玻片进行识别，主要用于判别有无玻片以及记录玻片上的条码信息，用于后续与扫描结果做行星匹配，定位组42主要由：相机、镜头、拍照光源灯组件组成。
75.本发明实施例中的平移台组件5用于移动样品玻片，从而实现对样品各区域的扫描成像，移台组件5主要有：x运动部分、y运动部分，两个运动部分均采用进口研磨丝杆传动，重复定位精度为0.01mm，最小分辨率为50nm，一次最大可装载12pcs玻片，每次可同时扫描2pcs。
76.本发明实施例中的水平调整组件6用于支撑仪器，并调整仪器的在工作台面的水
平，可避免因工作台的高低差出现的晃动，从而导致仪器运行的准确性。
77.本发明实施例中的滤光组件22即通道模块22，将荧光光源组1过来的光进行过滤，使其得到样品荧光蛋白分子所需的激发光，并将激发后样品呈现颜色以外的其他光进行过滤，滤光组件22主要由滤光镜片与运动机构222组成；拥有六个荧光通道221，通常有dapi/red/green/orange/cy3/cy7/gold。
78.本发明实施例中的物镜对焦组21主要用于样品对焦，然后配合其他成像元件将样品的成功成像相机的焦面上，配备3个物镜21做切换，物镜对焦组21主要包含：物镜21、运动元件和切换组件等。
79.本发明实施例中的荧光光源组1主要为各荧光通道221提供具有一定强度的不同波长的光，然后经过光路进入滤光镜片内，荧光光源组1主要包含：发光源、聚光元件、散热组件等。
80.本发明实施例中的控制组件7用于对仪器的所有运动器件，发光器件，感应器件等做集成控制，控制组件7主要由电子集成电路板及软件组成，实现精准快速的控制。
81.本发明实施例中的电源组件8用于对外供交流电进行滤波，整流后给仪器其余部件供电。
82.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。